孫曉陽

(中國建筑第八工程局有限公司總承包公司，上海 201204)

0 引言

隨著國家經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，新型高品質(zhì)的屋面系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，鈦鋅板作為一種新型綠色建材，因其良好的自潔性、耐腐蝕、耐候性及更長的生命期且對(duì)環(huán)境友好無污染等特點(diǎn)，在金屬屋面領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。鈦鋅板屋面系統(tǒng)將新型材料與屋面結(jié)合運(yùn)用，提升了設(shè)計(jì)效率與實(shí)施效率，通過通風(fēng)降噪絲網(wǎng)，達(dá)到降噪隔聲作用；采用360°立邊咬合鋪裝，板塊之間使用防水膠條，提高氣密性，達(dá)到全面防水，具有長期穩(wěn)定、完全免維護(hù)、結(jié)構(gòu)安全、綠色環(huán)保等優(yōu)越性能。

1 工程概況

江蘇園博園項(xiàng)目位于南京市湯山風(fēng)景區(qū)，旨在打造江蘇新名片和世界級(jí)園藝博覽園，威斯汀酒店毗鄰城市展園區(qū)，與13個(gè)城市精品園形成整體園林式景觀，酒店造型著重考慮高視點(diǎn)的觀賞效果，及協(xié)調(diào)于城市展園的古典園林風(fēng)格，以連續(xù)的坡屋面組合化整為零，營造高低錯(cuò)落的江南建筑意境。屋面采用新型鈦鋅板組合屋面系統(tǒng)，具有材料新穎，構(gòu)造復(fù)雜(1.5mm厚單組分聚氨酯防水涂料，60×4.0熱浸鋅方管檁條，1.0mm鍍鋁鋅壓型鋼板HV100-680，100mm厚保溫巖棉，0.8mm厚鍍鋁鋅壓型鋼板HV5-940，1.5mm厚無胎自粘聚合物改性瀝青防水卷材，6mm厚通風(fēng)降噪絲網(wǎng)，0.7mm厚鈦鋅屋面板及鈦鋅板扣蓋)，防水性能要求高，平整度、安裝精度控制及安裝變形控制難度大等特點(diǎn)。鈦鋅板屋面系統(tǒng)構(gòu)造如圖1所示。

圖1 鈦鋅板屋面系統(tǒng)構(gòu)造

2 技術(shù)難點(diǎn)分析及對(duì)策

1)采用三維空間定位、檁條布置安裝技術(shù)，分層分步驟安裝組合屋面；通過折邊鎖定、校形修補(bǔ)等工藝流程，解決鈦鋅屋面精確安裝難題。

2)鈦鋅屋面板采用BIM技術(shù)結(jié)合數(shù)控等離子加工技術(shù)，實(shí)現(xiàn)鈦鋅屋面板工業(yè)化、標(biāo)準(zhǔn)化、精密化制作，有利于環(huán)境保護(hù)并保證制作質(zhì)量。

3)原材及構(gòu)件屬于散裝式，運(yùn)輸方便，成品保護(hù)容易；鈦鋅屋面材料具有自潔性、耐久性、安全性，無須清潔、維修。

4)鈦鋅屋面板采用360°立邊咬合方式，固定扣與屋面板咬合后并非完全固定，存在可伸縮性，板塊之間使用防水膠條，提高了屋面板氣密性。既可達(dá)到全面防水的效果，又能適應(yīng)較大屋面的三維變形，可延展性能極佳，施工效率高，質(zhì)量易于保證。

5)屋面系統(tǒng)深化過程中對(duì)各節(jié)點(diǎn)的處理，均考慮了施工中各種不利因素，設(shè)置面層、呼吸層、防水層設(shè)防，防水效果顯著。

6)采用現(xiàn)代三維數(shù)字化設(shè)計(jì)、空間高精度屋面板安裝、薄金屬板變形控制裝置及矯形打磨等技術(shù)，解決了鈦鋅屋面板安裝矯形難題。

7)屋面采用鈦鋅、鍍鋁鋅鋼板等材料，能夠循環(huán)再利用，回收價(jià)值高，減少石材、木材使用，綠色環(huán)保。

3 工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 工藝流程(見圖2)

圖2 工藝流程

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1測(cè)量放線

首先清理檢查屋面，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)測(cè)復(fù)核，主要檢查其平面尺寸、標(biāo)高等是否符合設(shè)計(jì)要求，若出現(xiàn)超過設(shè)計(jì)及規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的情況，應(yīng)先進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，后安裝屋面系統(tǒng)。在屋面結(jié)構(gòu)上放出控制線及標(biāo)出檁條位置，安裝檁條完成后，復(fù)核檢查其平整度及標(biāo)高。

3.2.2安裝檁條

1)預(yù)埋定位、安裝基礎(chǔ)錨栓

角碼安裝是確保整體工期和順利安裝，保證結(jié)構(gòu)安全和整體美觀的關(guān)鍵。首先進(jìn)行測(cè)量放線，保證角碼安裝垂直度和平整度，確保角碼牢固可靠，如圖3所示。

圖3 屋面角碼安裝示意

2)檁條加工制作

檁條加工制作在工廠統(tǒng)一完成。根據(jù)施工圖紙計(jì)算整理詳細(xì)的檁條構(gòu)件下料清單，由工廠制作加工和鍍鋅。每根檁條均需做好明確標(biāo)識(shí)，以便現(xiàn)場清料。構(gòu)件到達(dá)現(xiàn)場后，必須輕拿輕放，并采取措施保護(hù)構(gòu)件，防止鍍鋅面損壞。

3)檁條垂直運(yùn)輸

選用塔式起重機(jī)或25t汽車式起重機(jī)吊裝檁條，對(duì)于超出吊車回轉(zhuǎn)半徑的檁條，可先由起重機(jī)成捆吊至屋面，并放置穩(wěn)定，然后由人工抬至安裝位置，采用一鉤多吊的方法來提高工作效率。

4)角碼、檁條安裝方法

角碼安裝方法為先放線，檢查合格后，打孔、吹風(fēng)機(jī)吹干凈粉塵。角碼安裝角度應(yīng)為直角，定位后位置偏差在5mm，再用化學(xué)螺栓植入，不合格的要校正角度。所有檁條采用焊接處理，點(diǎn)焊要牢固。采用型號(hào)為E4303、直徑為4mm的焊條。焊接時(shí)電流要適當(dāng)，焊縫成型后不能出現(xiàn)氣孔和裂紋，也不能出現(xiàn)咬邊和焊瘤，焊縫尺寸需達(dá)到設(shè)計(jì)要求，焊波均勻，焊縫成型應(yīng)美觀。檁條安裝與焊接如圖4所示。

圖4 檁條安裝與焊接示意

5)防腐處理

因焊接時(shí)會(huì)破壞角碼鍍鋅層，所以焊接完成后，應(yīng)清除焊縫表面藥皮和污物，再涂刷2道防銹漆或富鋅漆對(duì)焊縫及其四周進(jìn)行防腐處理。

3.2.3680壓型鋼板加工及安裝

1)選型 680壓型鋼板由鍍鋅板壓制而成。根據(jù)施工圖紙計(jì)算整理詳細(xì)的壓型鋼板構(gòu)件下料清單，記錄不同形狀壓型板的長度、數(shù)量并進(jìn)行編號(hào)，以便現(xiàn)場清料。構(gòu)件到達(dá)現(xiàn)場后，必須輕拿輕放，并采取措施保護(hù)構(gòu)件，防止鍍鋅面的損壞。

2)加工 680壓型鋼板的加工原則上是在工廠制作完成后運(yùn)至現(xiàn)場安裝，也可根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況和工期要求將設(shè)備運(yùn)至現(xiàn)場進(jìn)行加工制作。

3)垂直運(yùn)輸 首先利用鋼管腳手架搭設(shè)操作平臺(tái)堆放材料,選用塔式起重機(jī)或20t汽車式起重機(jī)將壓型板吊放至平臺(tái)，再由施工人員抬平安裝位置。

4)安裝方法 鍍鋅壓型鋼板采用自攻螺釘固定在檁條上，如圖5所示。

圖5 680壓型鋼板安裝示意

3.2.4保溫隔熱材料安裝

保溫隔熱材料由人工搬運(yùn)的工作面鋪放，厚薄均勻，不得少鋪漏鋪。為避免屋面暴露在外被雨水淋濕，鋪設(shè)完成的屋面要及時(shí)封上找平板，如圖6所示。

圖6 巖棉保溫層鋪裝示意

3.2.5找平鋼板安裝

找平鋼板在檁條和680壓型鋼板、保溫面安裝完成后進(jìn)行安裝，結(jié)合本項(xiàng)目屋面支撐體系特點(diǎn)，選擇940鍍鋁鋅壓型鋼板為屋面找平層，采用平頭自攻釘固定，安裝時(shí)要保證板塊之間平整，如圖7所示。

圖7 找平鋼板安裝示意

3.2.6自粘防水卷材鋪設(shè)、屋面排版放線、降噪絲網(wǎng)安裝

防水卷材滿鋪設(shè)在找平鋼板上，卷材與卷材搭接5cm。防水層是屋面系統(tǒng)防水的第2道防線，采用自粘性柔性防水卷材，具有良好的伸縮性。鋪設(shè)自粘防水卷材前，先清潔找平鋼板上垃圾及毛刺，保證自粘卷材平整度、密閉性。之后鋪設(shè)通風(fēng)降噪絲網(wǎng)，采用6mm厚通風(fēng)降噪絲網(wǎng)，無數(shù)孔徑相互交叉鋪設(shè)，形成呼吸層，保證鈦鋅板屋面系統(tǒng)與防水卷材中間形成一定空腔。降噪絲網(wǎng)具有很好的隔聲效果，有利于雨水及冰雹等打在鈦鋅板屋面的回聲循環(huán)。利用空氣流通，將空腔中的水汽帶走，有利于鈦鋅合金材料表面形成灰色的碳酸鋅保護(hù)層，延長鈦鋅屋面板使用生命周期。降噪網(wǎng)鋪設(shè)如圖8所示。

圖8 降噪網(wǎng)鋪設(shè)示意

3.2.7鈦鋅屋面板及扣件安裝

3.2.7.1鈦鋅屋面板加工制作

1)開箱上料 剪斷鋼帶，將上套箱提升1倍箱子高度即可移開，利用裁紙刀打開塑料包裝膜和防潮紙，然后將開卷器裝入萊茵鋅卷材芯桶中并張緊。利用提升機(jī)將開卷器及萊茵鋅卷材一并起吊裝入開卷器支座。

2)送料 確定萊茵鋅卷材展開正面(有塑料包裝膜)向上，并且控制萊茵鋅卷材兩側(cè)與成型機(jī)對(duì)齊，以免產(chǎn)生變形。

3)加工 材料成型時(shí)張拉力度以現(xiàn)場成型測(cè)試為準(zhǔn)，張拉太緊會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中，張拉太松會(huì)使應(yīng)力無法釋放。卷材生產(chǎn)過程中可能會(huì)存在未釋放的應(yīng)力，加工前宜對(duì)卷材先進(jìn)行開平處理再進(jìn)行材料加工。

3.2.7.2數(shù)值模擬

鈦鋅板屋面板厚度僅0.7mm，標(biāo)準(zhǔn)單板展開寬度為400mm,縱向長度由屋面尺寸確定。鈦鋅板兩側(cè)立面卷邊通過一定數(shù)量的鍍鋅扣件咬合，由鉚釘固定于下部底板上?？奂v向布置間距直接影響到鈦鋅板受力與變形，但扣件間距通常依據(jù)經(jīng)驗(yàn)設(shè)置為250～500mm，板件變形計(jì)算僅按單跨簡支梁或多跨連續(xù)梁理論簡化處理，國內(nèi)無相關(guān)計(jì)算報(bào)道。

為確保鈦鋅板變形滿足建筑設(shè)計(jì)要求，本文采用ABAQUS有限元軟件對(duì)0.7mm厚25-400標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格鈦鋅板進(jìn)行數(shù)值模擬。有限元模型按實(shí)際截面建模并考慮截面的立面卷邊加勁作用，扣件間距300mm，縱向長度1 500mm,選取6個(gè)扣件間距范圍，考慮多跨多點(diǎn)約束影響。采用殼單元精確模擬扣件約束范圍內(nèi)的鉸接作用。

鈦鋅板材屈服強(qiáng)度fy取100 N/mm2，彈性模量E取1.5×105N/mm2，泊松比0.3；板上表面受風(fēng)吸作用,均布荷載取0.45kN/m2。鈦鋅屋面板數(shù)值模擬結(jié)果如圖9所示。

圖9 鈦鋅屋面板數(shù)值模擬結(jié)果

由圖9可知，鈦鋅板最大von Mises應(yīng)力為50.9MPa，小于屈服強(qiáng)度100N/mm2，施工荷載應(yīng)嚴(yán)格控制，面荷載達(dá)到0.9kN/m2時(shí)鈦鋅板將達(dá)到屈服強(qiáng)度。最大變形位于板中部區(qū)域，為0.4mm，滿足風(fēng)荷載下變形要求。

JG/T 339—2012《建筑用鈦鋅合金飾面復(fù)合板》規(guī)定鈦鋅板實(shí)心板彎曲彈性模量僅為2.8×104N/mm2，而歐洲規(guī)范BS EN 988—1997《鋅和鋅合金 建筑用軋制平板材規(guī)范》彈性模量規(guī)定為1.5×105N/mm2，差異較大，故選用材料時(shí)應(yīng)明確給出材料特性要求，確保材料合格。

3.2.7.3鈦鋅屋面板安裝

鈦鋅板金屬屋面系統(tǒng)面板安裝的關(guān)鍵是鍍鋅鋼扣件安裝，必須保證扣件安裝的位置正確。首先在防水卷材上放出控制線，安裝好扣件，再從低到高、由左至右的順序進(jìn)行扣板安裝。

板塊加工立邊前應(yīng)貼上保護(hù)膜，安裝順序?yàn)橄扔晌菝嬷虚g向兩邊安裝,最后安裝檐口邊緣板塊。鈦鋅屋面板采用360°立邊咬合方式連接，板塊之間使用防水膠條，提高了屋面板氣密性。立邊曲折和密封可通過手動(dòng)或機(jī)械設(shè)備進(jìn)行，輕松實(shí)現(xiàn)凹凸曲線的特殊設(shè)計(jì)。具體做法如下：將鈦鋅板沿長度方向整體向上立邊，立邊的鈦鋅板通過折邊鎖定，使屋面形成一個(gè)整體，面板通過不銹鋼扣件利用拉鉚釘固定。

3.2.8扣蓋安裝、屋檐收口、清理保護(hù)膜

鈦鋅屋面板立邊咬合連接后，板塊之間使用防水膠條，采用不銹鋼固定扣件。先安裝鋁合金夾具，后依次安裝鋁合金型材及0.7mm厚鈦鋅板扣蓋。

排水天溝中的檐口附件極其復(fù)雜且較難處理，制作安裝附件時(shí)需尤為注意。檐口附件采用與屋面板同材質(zhì)板材，連接板采用鍍鋅鋼板；須根據(jù)現(xiàn)場測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)尺寸確定其加工尺寸。連接板之間須設(shè)置搭接，且附件接縫須與搭接縫錯(cuò)開。連接板通過拉釘固定在基層上，連接板與附件采用扣接固定。安裝附件時(shí)必須保證附件之間搭口平整，下沿直線度及整體觀感應(yīng)確保美觀。鈦鋅屋面板扣蓋如圖10所示。

圖10 鈦鋅屋面板扣蓋示意

4 質(zhì)量控制要點(diǎn)

1)金屬壓型板應(yīng)采用塑料保護(hù)薄膜進(jìn)行保護(hù)，以避免在制造、運(yùn)輸和安裝過程中對(duì)板面油漆造成劃傷和污染。

2)金屬壓型板應(yīng)保證輪廓清晰、線條整齊、形狀一致，不得有折裂、劃痕等缺陷；因成型所造成的表面缺陷，其深度或高度不得超過原板材標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定厚度公差的一半，不允許有用10倍放大鏡可觀察到的裂紋存在。

3)屋面系統(tǒng)安裝前，對(duì)結(jié)構(gòu)標(biāo)高、軸線進(jìn)行復(fù)測(cè)，避免結(jié)構(gòu)安裝累積誤差影響屋面板安裝質(zhì)量。

4)底板安裝前應(yīng)先放出定位板邊線，根據(jù)邊線安裝定位板，再安裝底板，每10排版需設(shè)置1條復(fù)核線，用來復(fù)核底板安裝尺寸偏差并進(jìn)行調(diào)整，以免產(chǎn)生較大累積誤差，造成屋面板移動(dòng)和扇形。

5)壓型底板采用自攻螺釘與檁條連接，自攻螺釘橫向?yàn)?個(gè)波距離，在波谷處與檁條連接；并沿流水方向安裝鋼底板。

6)按設(shè)計(jì)圖紙要求，嚴(yán)格控制固定支座安裝數(shù)量、質(zhì)量，避免出現(xiàn)傾斜、錯(cuò)位、漏裝等現(xiàn)象。

7)屋面排版順序需與屋面結(jié)構(gòu)造型相結(jié)合，注意屋面板鋪設(shè)方向，防止板與板側(cè)向滲漏。

8)屋面板就位調(diào)整好后，采用專用電動(dòng)咬邊機(jī)進(jìn)行咬邊，須保證咬過的邊連續(xù)、平整，不能出現(xiàn)扭曲和裂口。在咬邊機(jī)咬合爬行過程中，為防止雨水順板間縫隙滲入，其前方1mm范圍內(nèi)必須用力卡緊以保證搭接邊接合緊密。

9)保溫層、防雷件等安裝完畢后且屋面板安裝前，需進(jìn)行隱蔽工程檢查驗(yàn)收，并做好隱蔽工程驗(yàn)收記錄，確保滿足保溫隔熱和防雷構(gòu)造要求。

5 結(jié)語

江蘇園博園項(xiàng)目旨在打造江蘇新名片和世界級(jí)園藝博覽園，核心建筑威斯汀酒店以連續(xù)的坡屋面組合營造高低錯(cuò)落的江南建筑意境。屋面采用以鈦鋅合金為系統(tǒng)材料，采用三維數(shù)字化設(shè)計(jì)、工廠數(shù)控加工、現(xiàn)場裝配安裝、薄金屬板變形控制及矯形修正，利用360°立邊咬合連接方式，將新型材料與屋面結(jié)合運(yùn)用，提升了設(shè)計(jì)與實(shí)施效率，滿足了業(yè)主及設(shè)計(jì)師對(duì)建筑造型的高要求，大大提高了屋面耐久性，解決了屋面清洗維護(hù)難、安裝精度高、變形控制難等難題，有效保證了屋面結(jié)構(gòu)安全與藝術(shù)造型設(shè)計(jì)的完美結(jié)合，具有廣泛的推廣應(yīng)用前景。